具有纤维直径分布的纤维素纤维非织造织物
技术领域
本发明涉及纤维素纤维非织造织物、制造纤维素纤维非织造织物的方法、制造纤维素纤维非织造织物的装置、产品或复合材料以及使用方法。
背景技术
莱赛尔(Lyocell)技术涉及将纤维素木浆或其他纤维素基原料直接溶解在极性溶剂(例如，N-甲基吗啉N-氧化物，其也可以表示为“氧化胺”或“AO”)中以产生粘性的、高剪切稀化溶液，所述溶液可转化为一系列有用的纤维素基材料。在商业上，该技术用于生产广泛用于纺织工业的一系列纤维素短纤维(可商购自Lenzing AG,Lenzing,Austria，商标
纤维素短纤维长期以来被用作用以转化成非织造网的组分。然而，改进莱赛尔技术以直接生产非织造网将获得当前纤维素网产品所不可能具有的特性和性能。这可以被认为是合成纤维工业中广泛使用的熔喷(meltblow)和纺粘技术的纤维素版，然而，由于存在重大的技术差异，不可能使合成聚合物技术直接适用于莱赛尔。
已经进行了许多研究以开发从莱赛尔溶液直接形成纤维素网的技术(尤其是WO98/26122、WO 99/47733、WO 98/07911、US 6,197,230、WO 99/64649、WO 05/106085、EP 1358 369、EP 2 013 390)。在WO 07/124521 A1和WO 07/124522 A1中公开了其他技术。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有可适当调节的功能特性的纤维素基织物。
为了实现上述目的，提供了根据独立权利要求的纤维素纤维非织造织物、制造纤维素纤维非织造织物的方法、制造纤维素纤维非织造织物的装置、产品、以及使用方法。
根据本发明的示例性实施方案，提供(特别是溶液喷射制造的)纤维素纤维非织造织物(特别是其直接(特别是在原位方法中或在连续操作的生产线中可执行的连续方法中)由莱赛尔纺丝溶液制造)，其中所述织物包括纤维直径不同使得最大纤维直径与最小纤维直径之间的比率大于1.5的基本上连续的纤维的网络。
根据另一个示例性实施方案，提供了一种直接由莱赛尔纺丝溶液制造(特别是溶液喷射制造的)纤维素纤维非织造织物的方法，其中该方法包括通过在气流的辅助下使莱赛尔纺丝溶液通过具有的孔口的喷射器(其可以体现为喷丝头或挤压单元，或可以构成喷丝头或挤压单元的一部分)挤出到凝固流体气氛(特别是分散的凝固流体的气氛)中，从而形成基本上连续的纤维，将纤维收集在纤维支撑单元上从而形成织物，并调节工艺参数，以使最大纤维直径与最小纤维直径之间的比率大于1.5。
根据另一个示例性实施方案，提供了一种用于直接从莱赛尔纺丝溶液制造(特别是溶液喷射制造的)纤维素纤维非织造织物的装置，其中该装置包括具有孔口的喷射器，其被配置成用于在气流的辅助下挤出莱赛尔纺丝溶液；凝固单元，其被配置成用于为挤出的莱赛尔纺丝溶液提供凝固流体气氛，从而形成基本上连续的纤维；纤维支撑单元，其被配置成用于收集纤维从而形成织物；和控制单元(例如被配置成用于执行用于直接从莱赛尔纺丝溶液制造纤维素纤维非织造织物的程序代码的处理器)，其被配置成用于调节工艺参数，以使最大纤维直径与最小纤维直径之间的比率大于1.5。
根据又一个实施方案，具有上述特性的纤维素纤维非织造织物用于以下中的至少一种：擦拭巾(wipe)，干燥器片材，过滤器，吸收性卫生产品，医疗应用产品，土工织物，农用织物(agrotextile)，服装，建筑技术用产品，汽车产品，家具，工业用产品，与美容、休闲、运动或旅行相关的产品，以及与学校或办公室相关的产品。
根据又一个示例性实施方案，提供了一种产品或复合材料，其包括具有上述性能的织物。
在本申请的上下文中，术语“纤维素纤维非织造织物”(也可以表示为纤维素长丝非织造织物)可以特别地表示由多个基本上连续的纤维组成的织物或网。术语“基本上连续的纤维”尤其具有长丝纤维的含义，长丝纤维具有比常规短纤维明显更长的长度。在另一种表达方式中，术语“基本上连续的纤维”尤其可以具有由长丝纤维形成的网的含义，该长丝纤维比常规短纤维具有每体积明显更少量的纤维末端。特别地，根据本发明示例性实施方案的织物的连续的纤维的每体积纤维末端量小于10,000个末端/cm3，尤其是小于5,000个末端/cm3。例如，当短纤维用作棉的替代品时，它们可具有38mm的长度(对应于棉纤维的典型自然长度)。与此相反，纤维素纤维非织造织物的基本上连续的纤维可具有至少200mm的长度，特别是至少1000mm。然而，本领域技术人员将意识到即使连续的纤维素纤维也可能中断的事实，该中断可能通过纤维形成期间和/或之后的工艺形成。因此，与由相同旦尼尔的短纤维制成的非织造织物相比，由基本上连续的纤维素纤维制成的纤维素纤维非织造织物具有显著更低的每质量纤维数。纤维素纤维非织造织物可以通过纺制多根纤维并通过将后者细化(attenuating)和朝着优选移动的纤维支撑单元拉伸来制造。由此，形成纤维素纤维的三维网或网，构成纤维素纤维非织造织物。所述织物可以由纤维素作为主要或唯一成分。
在本申请的上下文中，术语“莱赛尔纺丝溶液”可以特别地表示溶剂(例如，诸如N-甲基-吗啉、NMMO、“氧化胺”或“AO”的材料的极性溶液)，其中纤维素(例如木浆或其他纤维素基原料)溶解在其中。莱赛尔纺丝溶液是溶液而不是熔体。通过降低溶剂的浓度，例如通过使长丝与水接触，可以由莱赛尔纺丝溶液产生纤维素长丝。由莱赛尔纺丝溶液初始生成纤维素纤维的过程可以描述为凝固。
在本申请的上下文中，术语“气流”可以特别地表示在莱赛尔纺丝溶液离开喷丝头期间和/或之后或已经离开喷丝头后，基本平行于纤维素纤维或其预成型体(即莱赛尔纺丝溶液)的移动方向的气流(例如空气)。
在本申请的上下文中，术语“凝固流体”可以特别地表示非溶剂流体(即气体和/或液体，任选地包括固体颗粒)，其能够稀释莱赛尔纺丝溶液并与溶剂交换至由莱赛尔长丝形成纤维素纤维的程度。例如，这种凝固流体可以是水雾。
在本申请的上下文中，术语“工艺参数”可以特别地表示用于制造纤维素纤维非织造织物的物质和/或装置组件的所有物理参数和/或化学参数和/或装置参数，该参数可能对纤维和/或织物的性能，特别是纤维直径和/或纤维直径分布产生影响。这些工艺参数可以由控制单元自动调节和/或由使用者手动调节，从而调整或调节纤维素纤维非织造织物的纤维的性能。可能影响纤维性能的物理参数(特别是其直径或直径分布)可以是该过程中涉及的各种介质(例如莱赛尔纺丝溶液、凝固流体、气流等)的温度、压力和/或密度。化学参数可以是所涉及的介质(例如莱赛尔纺丝溶液、凝固流体等)的浓度、量、pH值。装置参数可以是孔口的尺寸和/或孔口之间的距离、孔口和纤维支撑单元之间的距离、纤维支撑单元的运输速度、一个或多个可选的原位后处理单元的提供、气流等。
术语“纤维”可以特别地表示包含纤维素的材料的细长段，例如横截面为大致圆形或非规则形状，任选地与其他纤维缠绕。纤维的纵横比可以大于10，特别是大于100，更特别是大于1000。纵横比是纤维长度与纤维直径之间的比率。纤维可以通过融合(使得形成整体多纤维结构)或通过摩擦(使得纤维保持分离，但通过移动相互之间物理接触的纤维时产生的摩擦力弱机械结合)相互连接，从而形成网络。纤维可具有基本上圆柱形的形状，然而其可以是直的、弯的(bent)、扭结的(kinked)或弯曲的(curved)。纤维可以由单一的均质材料(即纤维素)组成。然而，纤维还可包含一种或多种添加剂。诸如水或油的液体材料可以积聚在纤维之间。
在本文件的上下文中，“具有孔口的喷射器”(其可以例如表示为“孔口的布置”)可以是包括线性设置的孔口的布置的任何结构。
在本文的上下文中，术语“最大纤维直径与最小纤维直径之间的比率大于1.5”或等效术语“在纤维直径方面，与最小直径相差大于50％”可以特别地表示最大纤维直径和最小纤维直径之间的比率乘以100％，其中从获得的结果中减去100％，得出大于50％的值。换句话说，最大纤维直径和最小纤维直径之间的比率可以大于1.5。
根据一个示例性的实施方案，提供了一种纤维素纤维非织造织物，其可以被制造为基本上连续的纤维素纤维的网络，大于50％的纤维在纤维直径方面显示出明显的不均匀性。事实证明，纤维素纤维非织造织物的纤维直径分布是用于调节所得织物的物理性能，特别是机械性能的强有力的设计参数。在至少50％的织物的最大直径和最小直径之间存在适当变化情况下，可以获得高度机械坚固或刚性的织物。不希望受特定理论的束缚，目前认为，纤维粗细的这种不均匀分布导致纤维网络的自组织化，这抑制了各纤维相对于彼此的相互运动。与此相反，纤维倾向于夹紧在一起，从而获得具有高刚性的复合物。描述性地说，在纤维制造过程中引入一定的不均匀性可以转化为整个织物中纤维的粗细或直径分布的不均匀性。然而，应该发现，通过改变作为织物的设计参数的纤维直径，可以以更通用的方式调整纤维物理特性，从而在很宽的范围内改变织物的物理特性(其中，增强刚度只是一种选择，或者实例)。例如，纤维直径变化也可以成为调节所制造织物的水分管理的有力工具。
具体实施方式
在下文中，描述了纤维素纤维非织造织物、制造纤维素纤维非织造织物的方法、制造纤维素纤维非织造织物的装置、产品或复合材料、以及使用方法的其他示例性实施方案。
在一个实施方案中，在纤维直径方面，同一根纤维的不同部分与最小直径相差超过50％。换句话说，该纤维的最大纤维直径与该纤维的最小纤维直径之间的比率可以大于1.5。因此，关于粗细的不均匀性可以是纤维内粗细变化。在这样的实施方案中，相应的纤维本身可以显示出粗细不均匀性。不希望受特定理论的束缚，目前认为，当这样的纤维在织物中形成网络时，相应纤维的粗细的不均匀性增加了摩擦力，当各纤维在织物内彼此相对移动时必须克服该摩擦力。这种效果的结果是增加了织物的稳定性。
另外地或可替代地，在纤维直径方面，不同的纤维与所述纤维的最小直径可以相差超过50％。换句话说，不同纤维的纤维直径可以不同，使得其中所述纤维中一根纤维的最大纤维直径与所述纤维中另一根纤维的最小纤维直径之间的比率大于1.5。因此，就粗细而言，不均匀性可能是纤维间粗细变化。在这样的实施方案中，相应的纤维本身可以显示出粗细均匀性或不均匀性，但是通过纤维比较，不同的纤维在纤维粗细上可能不同。在这种情况下，不同粗细或不同粗细分布的纤维的相互作用可能会导致较细纤维的弯曲更强，而较粗纤维仅轻微弯曲。当这种不同粗细的纤维在织物中形成网络时，增加的无序性会抑制不同纤维相对于彼此的相互运动。这种现象的结果是增加了织物的稳定性。
在一个实施方案中，至少一部分(特别是至少50％)纤维在纤维直径方面与平均纤维直径(例如所有纤维的平均直径或一根纤维的平均直径)相差超过50％。例如，在纤维直径方面，至少80％的纤维可以与最小纤维直径或平均纤维直径(例如所有纤维的平均直径或一根纤维的平均直径)相差超过50％。本段落的陈述可以涉及纤维内粗细变化和/或纤维间粗细变化。
在一个实施方案中，至少部分地位于不同的可区分(即在层之间显示可见的分离区域或界面区域)层中的不同纤维在至少一个融合位置处连接成一体。例如，织物的两个(或多个)不同层可以通过将两个(或多个)具有孔口的喷射器串联排列而形成，通过所述孔口挤出莱赛尔纺丝溶液用于凝固和纤维形成。当这种布置与移动的纤维支撑单元(例如具有纤维容纳表面的传送带)组合时，第一层纤维通过第一喷射器形成在纤维支撑单元上，并且当移动的纤维支撑单元到达第二喷射器的位置时，第二喷射器在第一层上形成第二层纤维。可以调整该方法的工艺参数，以便在第一层和第二层之间形成融合点。在本申请的上下文中，术语“融合”可以表示在相应的融合位置处不同纤维的互连成一体，这导致形成一个连接成一体的纤维结构，该结构由先前与不同层相关的两根分离的纤维组成。互连的纤维可在融合点彼此牢固地粘附在一起。特别地，例如，在形成过程中尚未通过凝固完全固化或固体化的第二层的纤维，可以仍然具有处于液体莱赛尔溶液相且尚未处于完全固化的固态的外表皮或外表面区域。当这种预制纤维结构彼此接触并且之后完全固化成固体纤维状态时，这可导致在不同层之间的界面处形成两根融合纤维。融合点的数量越多，织物层之间的互连的稳定性越高。因此，控制融合使得可以控制织物层之间的连接的刚性。例如，在相应层的预制纤维结构到达纤维支撑板上的在下的纤维或预制纤维结构层之前通过调节固化或凝固程度，可以控制融合。通过在层间的界面处融合不同层的纤维，可以防止层的不期望的分离。在层之间没有融合点的情况下，可以使一层纤维与另一层纤维剥离。
在一个实施方案中，至少部分位于不同层中的不同纤维的纤维直径不同，特别是平均纤维直径不同。当织物的不同层由具有不同平均直径的纤维形成时，可以分别且不同地调节不同层的机械性能。例如，可以通过使用具有相对较高的粗细或直径的纤维来为其中的一层提供刚性特征，而其他层可提供平滑或弹性的特征(例如通过使用具有相对较小的直径粗细的纤维)。例如，可以制造具有通过机械去除污物进行清洁的较粗糙表面以及具有用于擦拭的较光滑表面的擦拭巾，即，所述较光滑表面被构造成用于从待清洁的表面吸收水等。
然而，不同层的纤维也可以具有相同的直径，特别是具有相同的平均直径。在这样的实施方案中，相邻层可具有相似或相同的物理性质。它们在它们之间的融合点处可能会强或弱相连。每个界面区域的这种融合点的数量可以定义相邻层之间的结合强度。由于结合强度小，使用者可以容易地将各层分开。通过高的结合强度，这些层可以保持永久地彼此附接。
在一个实施方案中，至少80质量％的纤维具有在3μm-40μm之间，特别是在3μm-15μm之间的平均纤维直径。通过所描述的方法并且当相应地调整工艺参数时，还可以形成尺寸非常小的纤维(也在3μm-5μm之间的范围内，或以下)。使用这种细纤维，可以形成具有光滑表面的织物，该织物总体上还是刚性的。至少80质量％的较细纤维可以被功能化以促进流体容纳能力和触觉特性，而剩余的纤维可以被功能化以增强稳定性。这种组合对于多层织物可能是特别有利的。
在一个实施方案中，纤维具有小于5ppm的铜含量和/或具有小于2ppm的镍含量。本文中提到的ppm值都与质量(而不是体积)有关。除此之外，对于每种单独的重金属元素，纤维或织物的重金属污染可以不超过10ppm。由于使用莱赛尔纺丝溶液作为形成连续的纤维基织物的主要成分(特别是当涉及诸如N-甲基-吗啉、NMMO的溶剂时)，诸如铜或镍的重金属对织物的污染(可能引起使用者的过敏反应)可以被保持地极小。
在一个实施方案中，织物具有至少500质量％，特别是至少800质量％，更特别是至少1000质量％，优选至少1500质量％的吸油能力。吸油能力的质量百分比表示可吸收油质量与纤维质量之间的比率。取决于纤维粗细和/或纤维内和/或纤维间粗细的不均匀性和/或织物密度的绝对值的调节，可以调节活性纤维表面以及相邻纤维之间的间隙之间的体积和间距。这影响了油在间隙中积聚的能力，例如在毛细作用的影响下。更具体地，据信织物的高液体吸收能力是纤维直径变化与连续纤维的存在以及这种纤维之间的融合点组合的结果。
此外，纤维之间的融合程度也影响织物102的吸油能力。描述性地说，融合程度可能影响毛细管力、织物内间隙的尺寸等。融合程度例如可以通过融合系数来量化。为了确定织物的融合系数(也可以称为面积融合系数)，可以执行以下确定过程：可以光学分析织物的正方形样品。围绕与正方形样品的至少一个对角线交叉的纤维的每个融合位置(特别是融合点和/或融合线)绘制一个圆，该圆直径必须完全保留在正方形样品内部。确定圆的尺寸，使得圆包含融合纤维之间的融合区域。计算所确定的圆的直径值的算术平均值。融合系数计算为平均直径值与正方形样品的对角线长度之间的比率，并且可以以百分比给出。在一个实施方案中，纤维的融合系数在0.1％-100％的范围内，特别是在0.2％-15％的范围内。优选地，融合系数被调整为在0.5％-6％之间的范围内。
为了确定织物的吸油能力(或液体吸收能力)，可以使用发动机油根据Edana标准NWSP 010.4.R0(15)进行有关吸油和吸收脂肪液体的评估分析。为了进行分析，可以通过冲压形成尺寸为10cm×10cm的织物样品。确定样品的重量，然后通过绳子(string)将样品对角线连接到直尺。然后将样品放入装有油的容器中。测量用油润湿织物所需的时间。随后，将织物浸入油中120秒。然后通过抬起直尺将织物从油中提出来。此后，让油从织物上滴落30秒钟。确定织物的重量，并计算吸油能力。
在一个实施方案中，在纤维直径方面，至少一部分(特别是至少50％)纤维与平均纤维直径(例如，所有纤维的平均直径或一根纤维的平均直径)，相差大于150％，特别是大于300％。因此，最大纤维直径和最小纤维直径之间的比率可以大于2.5，特别是大于4。例如，在纤维直径方面，至少80％的纤维与最小纤维直径可以相差超过150％，尤其是超过300％。本段落的陈述可以涉及纤维内粗细变化和/或纤维间粗细变化。
在一个实施方案中，至少一部分纤维至少在其长度的一部分上彼此并行排列以形成具有较大直径的高级纤维结构。在这样的实施方案中，多个纤维可以一起形成新的高级纤维结构，该新的高级纤维结构具有与用于形成高级纤维结构的纤维的直径不同的直径(特别是更大)。这种并行排列的纤维之间的连接可以通过沿着延伸的融合线或一组融合点融合纤维来实现。高级纤维结构的纤维可以并列，但彼此连接成一体。
在一个实施方案中，纤维位于具有不同功能的多个层中。不同层的不同功能可以是不同纤维直径和/或不同纤维直径分布和/或不同纤维密度的结果。例如，不同的功能可以是不同的芯吸(特别是在抽吸流体时不同的流体分布特性)、各向异性行为(特别是在织物的不同方向上的不同的机械、化学和/或流体力学特性)、不同的吸油能力(特别是一层中的吸油能力强，而另一层中的吸油能力弱)、不同的吸水能力(特别是在一层中的吸水能力强，而在另一层中的吸水能力弱)、不同的清洁能力(特别是在一层中通过织物从表面清除污垢的能力强，而在另一层中不明显的清洁能力)和/或不同的粗糙度(例如一个粗糙的表面层和一个光滑的表面层)。
在一个实施方案中，该方法可以包括通过调节凝固条件来调节用于调节纤维直径的工艺参数，根据凝固条件，通过凝固流体进行基本上平行排列的纤维(或其预成型体)的凝固，特别是调节与赛尔纺丝溶液相互作用的凝固流体的量。在凝固过程中，纤维从莱赛尔纺丝溶液中沉析出来。莱赛尔纺丝溶液的组成也可影响纤维性能，特别是可影响纤维直径特性。
在一个实施方案中，调节用于调节纤维直径的工艺参数包括沿着可移动纤维支撑单元(例如，其传送方向)串联排列具有不同特性的孔口的多个喷射器。各种喷射器尤其可以在以下中的至少一个方面具有不同的特性：不同的孔口直径、不同的气流速度、不同的气流量和不同的气流压力。这种多串联喷射器方案允许制造由多个层组成的织物，其中每一层对应于一个具有孔口的喷射器。这些层将彼此叠加。因此，例如还可以通过堆叠多个层来形成纤维厚度的分布，多个层的每一层具有一组具有各自的粗细或粗细分布的纤维，其中不同层的粗细或粗细分布的绝对值可以不同。
在一个实施方案中，该方法还包括在纤维支撑单元上收集后进一步加工纤维和/或织物，但优选仍原位形成具有连续的纤维的纤维素纤维非织造织物。这种原位加工可以是在制造的(特别是基本上连续)织物被储存(例如由卷绕机卷绕)以运输到产品制造目的地之前进行的那些加工。例如，这种进一步处理或后处理可能涉及水力缠结。水力缠结可以表示为湿或干纤维网的粘合过程，所得粘合织物为非织造织物。水力缠结可以使用细的高压水射流，该射流穿透纤维网，撞击纤维支撑单元(特别是传送带)并反弹，导致纤维缠结。对织物的相应压缩可使织物更紧凑并且机械上更稳定。除水力缠结之外或作为另外一种选择，可以用加压气体对纤维进行气体处理。附加地或替代地，这种进一步的处理或后处理可以包括对所制造的织物进行针刺处理。针刺系统可用于粘合织物或纤维网的纤维。当刺针穿过纤维网迫使一些纤维穿过纤维网，并且当针被抽出时它们保留在那里时，可以生产针刺织物。如果适当地移动足够的纤维，则可以通过这些纤维塞的固结作用将纤维网转变成织物。纤维网或织物的又一种进一步加工或后处理是浸渍处理。浸渍连续的纤维网络可涉及在织物的外部纤维表面上施加一种或多种化学品(例如柔顺剂(soft enough)、疏水剂和抗静电剂等)。织物的另一种进一步加工处理是轧光。轧光可以表示为处理织物的后整工序，并且可以使用轧光机来使织物平滑、涂覆和/或变薄。
根据本发明示例性实施方案的纤维素纤维非织造织物还可以与一种或多种其他材料组合(例如原位或在后续工艺中)，从而形成根据本发明示例性实施方案的复合材料。可与织物组合以形成这种复合材料的示例性材料可选自包括但不限于以下材料或其组合的材料：绒毛浆、纤维悬浮液、湿法成网非织造织物、气流成网非织造织物、纺粘网、熔喷网、粗疏水刺或针刺网或其他由各种材料制成的片状结构。在一个实施方案中，不同材料之间的连接可以通过(但不限于)以下方法中的一种或组合来完成：融合、水力缠结、针刺、氢键合、热粘合、通过粘合剂胶合、层压和/或轧光。
在下文中，总结了包含根据本发明示例性实施方案的纤维素纤维非织造织物的示例性有益产品或根据本发明示例性实施方案的纤维素纤维非织造织物的用途：
网(100％纤维素纤维网或例如包含以下或由以下组成的网：两种或多种纤维、或化学改性的纤维或具有掺入的材料(例如抗菌材料、离子交换材料、活性炭、纳米颗粒、乳液、药剂或阻燃剂)的纤维、或双组分纤维)的具体用途可以如下：
根据本发明示例性实施方案的纤维素纤维非织造织物可用于制造擦拭巾，例如婴儿擦拭巾、厨房擦拭巾、湿擦拭巾、化妆擦拭巾、卫生擦拭巾、医疗擦拭巾、清洁擦拭巾、抛光(汽车、家具)擦拭巾、灰尘擦拭巾、工业用擦拭巾、除尘器和拖把擦拭巾。
根据本发明示例性实施方案的纤维素纤维非织造织物也可用于制造过滤器。例如，这种过滤器可以为空气过滤器、HVAC、空调过滤器、烟气过滤器、液体过滤器、咖啡过滤器、茶袋、咖啡袋、食品过滤器、水净化过滤器、血液过滤器、香烟过滤器；机舱过滤器、油滤清器、滤芯过滤器、真空过滤器、真空吸尘器袋、防尘过滤器、液压过滤器、厨房过滤器、风扇过滤器、水分交换过滤器、花粉过滤器、HEVAC/HEPA/ULPA过滤器、啤酒过滤器、牛奶过滤器、液体冷却剂过滤器和果汁过滤器。
在另一个实施方案中，纤维素纤维非织造织物可用于制造吸收性卫生产品。其实例是采集层、覆盖物、分布层、吸收性覆盖物、卫生护垫、包衬复面纸、背板、腿箍、可冲洗产品、垫、护理垫、处理内衣、训练裤、面膜、美容面膜、化妆品去除垫、毛巾、尿布和烘干机用的释放活性成分(例如织物柔软剂)的片材。
在另一个实施方案中，纤维素纤维非织造织物可用于制造医疗应用产品。例如，这种医疗应用产品可以是一次性帽、手术服、口罩和鞋套、伤口护理产品、无菌包装产品、保健卫生用透气织物产品(coverstock products)、敷料材料、单向服装(one way clothing)、透析产品、鼻带、牙板粘合剂、处理内衣、窗帘、包裹和包装、海绵、敷料和擦拭巾、床上用品、透皮给药、寿衣、垫、手术包、热敷袋、造口袋衬垫、固定带和孵化器床垫。
在另一个实施方案中，纤维素纤维非织造织物可用于制造土工织物。这可能涉及作物保护罩、毛细管垫、水净化材料、灌溉控制材料、沥青覆盖物、土壤稳定材料、排水材料、沉淀和侵蚀控制材料、池塘里衬、浸渍基础(impregnation based)、排水渠道里衬、地面稳定材料、坑衬里、种子毯、杂草控制织物、温室遮阳材料、根袋和可生物降解的植物盆的生产。还可以将纤维素纤维非织造织物用于植物箔(例如为植物提供光保护和/或机械保护，和/或为植物或土壤提供粪或种子)。
在另一个实施方案中，纤维素纤维非织造织物可用于制造服装。例如，衬里、服装保暖和保护、手提包部件、鞋部件、皮带衬里、工业鞋帽、一次性工作服、服装和鞋的袋子以及保暖物可以在这种织物的基础上制造。
在另一个实施方案中，纤维素纤维非织造织物可用于制造用于建筑技术的产品。例如屋顶和瓷砖衬垫、石板瓦垫(underslating)、隔热和隔音材料、房屋包裹物、石膏板饰面、管道包裹物、混凝土模塑层、地基和地面稳定材料、垂直排水材料、屋面板瓦、屋面油毡、降噪材料、加固材料、密封材料以及阻尼材料(机械)可以使用这种织物制造。
在另一个实施方案中，纤维素纤维非织造织物可用于制造汽车产品。实例为客舱过滤器、行李箱衬里、包裹架、隔热罩、货架装饰、模制发动机罩衬里、行李箱地板覆盖物、机油滤清器、车顶蓬内衬、后包裹架、装饰织物、安全气囊、消音垫、绝缘材料、汽车罩、底垫、汽车垫、胶带、背衬和簇绒地毯、座套、门饰、针刺地毯和汽车地毯背衬。
根据本发明示例性实施方案制造的织物的另一个应用领域是室内陈设，例如家具、建筑物、臂和背部的绝缘体(insulator to arms and backs)、加厚垫子、防尘罩、衬里、缝合增强物、边缘装饰材料、床上用品构造、被子背衬、弹簧套、床垫组件、床垫套、窗帘、墙壁覆盖物、地毯背衬、灯罩、床垫组件、弹簧绝缘体、密封件、枕套和床垫套。
在另一个实施方案中，纤维素纤维非织造织物可用于制造工业产品。这可能涉及电子产品、软盘衬里、电缆绝缘、磨料、绝缘胶带、传送带、吸音层、空调、电池隔膜、酸系统、防滑消光去污剂、食品包装、胶带、香肠肠衣、奶酪套管、人造革、油回收栏和袜子以及造纸毛毡。
根据本发明示例性实施方案的纤维素纤维非织造织物也适用于制造与休闲和旅行相关的产品。这种应用的实例是睡袋、帐篷、行李箱、手提包、购物袋、航空公司头枕、CD保护装置、枕套和夹层包装。
本发明的示例性实施方案的又一个应用领域涉及学校和办公室产品。可以提及的实例为书籍封面、邮寄包膜、地图、标志和三角旗、毛巾和旗臶。
附图说明
下面将参考实施方案的实例更详细地描述本发明，但本发明不限于此：
图1示出了根据本发明示例性实施方案的用于制造纤维素纤维非织造织物的装置，该纤维素纤维非织造织物由通过凝固流体凝固的莱赛尔纺丝溶液直接形成。
图2至图4显示了根据本发明示例性实施方案的纤维素纤维非织造织物的实验捕获图像，其中通过特定的工艺控制实现了单根纤维间的融合。
图5和图6显示了根据本发明示例性实施方案的纤维素纤维非织造织物的实验捕获图像，其中已完成纤维的溶胀，其中图5显示处于干燥非溶胀状态的纤维织物，图6显示处于湿润溶胀状态的纤维织物。
图7显示了根据本发明示例性实施方案的纤维素纤维非织造织物的实验捕获图像，其中通过执行两个串联喷嘴杆的特定工艺来完成两个叠置的纤维层的形成。
图8示出了根据本发明的示例性实施方案的纤维素纤维非织造织物的纤维的示意图，其中所示的纤维具有纤维粗细不同的部分。
图9示出了根据本发明另一个示例性实施方案的纤维素纤维非织造织物的互连纤维的示意图，其中所示的不同纤维具有不同的纤维粗细。
图10示出了根据本发明又一个示例性实施方案的纤维素纤维非织造织物的纤维的示意图，其中所示的不同纤维具有不同的纤维粗细，并且所示的纤维中的两根沿着融合线互连成一体以形成高级纤维结构。
图11示出了根据本发明的另一个示例性实施方案的纤维素纤维非织造织物的示意图，该纤维素纤维非织造织物由具有不同纤维粗细的相互连接的纤维的两个堆叠的和融合的层组成。
图12示出了根据本发明示例性实施方案的用于制造纤维素纤维非织造织物的装置的一部分，该织物由两个堆叠的连续的纤维素纤维网的层组成。
图13和图14示出了根据本发明示例性实施方案的纤维素纤维非织造织物的实验捕获图像，其中，不同纤维在不同纤维部分中具有显著不同的直径。
图15示出了根据本发明示例性实施方案的纤维素纤维非织造织物的示意图，该纤维素纤维非织造织物由具有不同纤维直径的三个堆叠的层组成。
附图的详细描述
附图中的图示是示意性的。在不同的附图中，相似或相同的要素具有相同的参考标记。
图1示出了根据本发明示例性实施方案的用于制造纤维素纤维非织造织物102的装置100，该纤维素纤维非织造织物102直接由莱赛尔纺丝溶液104形成。后者至少部分地被凝固流体106凝固以转化成部分形成的纤维素纤维108。通过装置100，可以进行根据本发明示例性实施方案的莱赛尔溶液喷射工艺。在本申请的上下文中，术语“莱赛尔溶液喷射工艺”可以特别包括可以得到基本上连续不断的长丝或离散长度的纤维108或基本上连续不断的长丝和离散长度纤维的混合物的工艺。如下面进一步描述的，提供各自具有孔口126的喷嘴，纤维素溶液或莱赛尔纺丝溶液104与气体流或气流146一起喷射通过该喷嘴，以制造根据本发明示例性实施方案的纤维素纤维非织造织物102。
从图1中可以看出，木浆110、其他纤维素基原料等可以通过计量单元113供应到储罐114。来自水容器112的水也通过计量单元113供应到储罐114。因此，在下面进一步详细描述的控制单元140的控制下，计量单元113可以限定供应到储罐114的水和木浆110的相对量。容纳在溶剂容器116中的溶剂(例如N-甲基-吗啉，NMMO)可以在浓缩单元118中浓缩，然后可以在混合单元119中与水和木浆110或其他纤维素基原料的混合物以可限定的相对量混合。混合单元119也可由控制单元140控制。由此，水-木浆110介质以可调节的相对量在溶解单元120中溶解在浓缩溶剂中，从而获得莱赛尔纺丝溶液104。含水莱赛尔纺丝溶液104可以是由(例如5质量％至15质量％)包含纤维素的木浆110的和(例如85质量％至95质量％)溶剂组成的如蜂蜜般黏稠的(honey-viscous)介质。
莱赛尔纺丝溶液104被送到纤维形成单元124(其可以体现为或可以包括多个纺丝箱体(spinning beams)或喷射器122)。例如，喷射器122的孔口126的数量可以大于50，特别是大于100。在一个实施方案中，纤维形成单元124(其可以包括大量喷丝头或喷射器122)的所有孔口126和喷射器122的孔口126可具有相同的尺寸和/或形状。或者，一个喷射器122的不同孔口126和/或不同喷射器122的孔口126(其可以串联布置以形成多层织物)的尺寸和/或形状可以是不同的。
当莱赛尔纺丝溶液104通过喷射器122的孔口126时，它被分成多个平行的莱赛尔纺丝溶液104股线。竖直取向的气流，即气流的取向基本上平行于纺丝方向，迫使莱赛尔纺丝溶液104转变成越来越长和越来越细的股线，这可以通过在控制单元140的控制下改变工艺条件来调节。气流可以沿着其从孔口126到纤维支撑单元132的路径的至少一部分加速莱赛尔纺丝溶液104。
当莱赛尔纺丝溶液104移动通过喷射器122并进一步向下移动时，莱赛尔纺丝溶液104的长而细的股线与非溶剂凝固流体106相互作用。凝固流体106有利地具体化为蒸汽雾，例如含水雾。凝固流体106的工艺相关特性由一个或多个凝固单元128控制，从而为凝固流体106提供可调节的特性。凝固单元128又由控制单元140控制。优选地，各个凝固单元128设置在各个喷嘴或孔口126之间，用于单独调节正在生产的织物102的各个层的性能。优选地，每个喷射器122可以具有两个指定的凝固单元128，每侧一个。因此，可以向单独的喷射器122提供单独部分的莱赛尔纺丝溶液104，该莱赛尔纺丝溶液104也可以被调节以使所制造的织物102的不同层具有不同的可控特性。
当与凝固流体106(例如水)相互作用时，莱赛尔纺丝溶液104的溶剂浓度降低，使得前者(例如木浆110(或其它原料))的纤维素至少部分地凝固成长而细的纤维素纤维108(其仍可含有残余溶剂和水)。
在由挤出的莱赛尔纺丝溶液104初始形成单独的纤维素纤维108期间或之后，纤维素纤维108沉积在纤维支撑单元132上，纤维支撑单元132在此具体化为具有平面的纤维容纳表面的传送带。纤维素纤维108形成纤维素纤维非织造织物102(仅在图1中示意性地示出)。纤维素纤维非织造织物102由连续的和基本上连续不断的长丝或纤维108组成。
尽管未在图1中示出，但是通过凝固单元128在凝固过程中去除的莱赛尔纺丝溶液104的溶剂以及在洗涤单元180中在洗涤过程中去除的莱赛尔纺丝溶液104的溶剂可以至少部分地再循环。
在沿着纤维支撑单元132运输时，纤维素纤维非织造织物102可以通过洗涤单元180洗涤，然后可以干燥，洗涤单元180供应洗涤液以除去残留的溶剂。它可以通过任选但有利的进一步处理单元134进一步处理。例如，这种进一步处理可以涉及水力缠结、针刺、浸渍、用加压蒸汽进行蒸汽处理、轧光等。
纤维支撑单元132还可以将纤维素纤维非织造织物102运输到卷绕器136，在该卷绕器136上可以收集纤维素纤维非织造织物102作为基本上连续不断的片材。然后，纤维素纤维非织造织物102可以作为卷状物运输到制造产品的实体，所述产品例如基于纤维素纤维非织造织物102的擦拭巾或纺织品。
如图1所示，所描述的过程可以由控制单元140(例如处理器、处理器的一部分或多个处理器)控制。控制单元140被配置成用于控制图1中所示的各种单元的操作，特别是计量单元113、混合单元119、纤维形成单元124、凝固单元128、进一步处理单元134、溶解单元120、洗涤单元118等中的一个或多个。因此，控制单元140(例如通过执行计算机可执行程序代码，和/或通过执行由用户定义的控制命令)可以精确且灵活地定义制造纤维素纤维非织造织物102的工艺参数。在该上下文中的设计参数是沿着孔口126的空气流，凝固流体106的性能，纤维支撑单元132的驱动速度，莱赛尔纺丝溶液104的组成、温度和/或压力等。可以调节的、用于调节纤维素纤维非织造织物102的性能的其他设计参数是孔口126的数量和/或相互距离和/或几何排列、莱赛尔纺丝溶液104的化学组成和浓度等。因此，如下所述，可以适当地调节纤维素纤维非织造织物102的性能。这种可调节的性能(参见下面的详细描述)可以涉及一个或多个以下性能：纤维108的直径和/或直径分布、纤维108之间的融合的量和/或区域、纤维108的纯度水平、多层织物102的性能、织物102的光学性能、织物102的流体保留和/或流体释放性能、织物102的机械稳定性、织物102表面的光滑度、纤维108的横截面形状等。
尽管未示出，但每个纺丝喷射器122可包括聚合物溶液入口，莱赛尔纺丝溶液104通过该入口供应到喷射器122。通过空气入口，可将气流146施加到莱赛尔纺丝溶液104上。从在喷射器122的内部的且由喷射器壳体界定的相互作用室开始，莱赛尔纺丝溶液104通过相应的孔口126向下移动或向下加速(通过气流146将莱赛尔纺丝溶液104向下拉)，并在气流146的影响下横向变窄，使得当莱赛尔纺丝溶液104与气流146一起在凝固流体106的环境中向下移动时，形成连续逐渐变细的纤维素长丝或纤维素纤维108。
因此，参考图1描述的制造方法中涉及的方法可以包括使莱赛尔纺丝溶液104(其也可以表示为纤维素溶液)成形以形成液体股线或潜在长丝，其被气流146拉拽并且直径显著减小，长度增加。在纤维支撑单元132上形成网之前或期间，还可以包括通过凝固流体106部分凝固潜在长丝或纤维108(或其预成型体)。长丝或纤维108形成网状织物102，洗涤，干燥，并可根据需要进一步加工(参见进一步处理单元134)。可以将长丝或纤维108例如收集在例如旋转鼓轮或带上，由此形成网。
作为所述制造方法的结果，特别是所用溶剂的选择的结果，纤维108具有小于5ppm的铜含量并且具有小于2ppm的镍含量。这有利地提高了织物102的纯度。
根据本发明示例性实施方案的莱赛尔溶液喷射网(即纤维素纤维非织造织物102)优选具有以下性能中的一种或多种：
(i)网的干重为5-300g/m2，优选为10-80g/m2，
(ii)根据标准WSP120.6(对应于DIN29073)(特别是在本专利申请的优先权日时有效的最新版本)的网的厚度为0.05-10.0mm，优选0.1-2.5mm，
(iii)根据EN29073-3(对应于ISO9073-3)(特别是在本专利申请的优先权日时有效的最新版本)的MD的网的比韧度范围为0.1-3.0Nm2/g，优选为0.4-2.3Nm2/g，
(iv)根据EN29073-3(对应于ISO9073-3)(特别是在本专利申请的优先权日时有效的最新版本)的网的平均伸长率为0.5-100％，优选为4-50％。
(v)纤维网的MD/CD韧性比为1-12，
(vi)根据DIN 53814的网的保水性(特别是在本专利申请的优先权日期时有效的最新版本)为1-250％，优选为30-150％，
(vii)根据DIN 53923的网的持水能力(特别是在本专利申请的优先权日时有效的最新版本)为90-2000％，优选为400-1100％，
(viii)根据基材分解的标准EN 15587-2和ICP-MS分析的标准EN 17294-2，金属残留水平为铜含量小于5ppm，镍含量小于2ppm(特别是在本专利申请的优先权日时有效的最新版本)。
最优选地，莱赛尔溶液喷射网具有所有上述性能(i)-(viii)。
如上所述，生产纤维素纤维非织造织物102的方法优选包括：
(a)通过至少一个喷射器122的孔口126挤出包含溶解在NMMO中的纤维素的溶液(参见附图标记104)，从而形成莱赛尔纺丝溶液104的长丝，
(b)通过气流(参见附图标记146)拉伸所述莱赛尔纺丝溶液104的长丝，
(c)使所述长丝与优选含有水的蒸汽雾(参见附图标记106)接触，从而至少部分地沉析所述纤维108。因此，在形成网或纤维素纤维非织造织物102之前，至少部分地沉析长丝或纤维108，
(d)收集和沉析所述长丝或纤维108，以形成网或纤维素纤维非织造织物102，
(e)在洗涤生产线(参见洗涤单元180)中去除溶剂，
(f)通过水力缠结、针刺等任选地结合(参见进一步处理单元134)，
(g)干燥和卷绕收集。
纤维素纤维非织造织物102的组成部分可以通过融合、混合、氢键合、物理结合(例如水力缠结或针刺)和/或化学结合来结合。
为了进行进一步加工，纤维素纤维非织造织物102可以与一层或多层相同和/或其他材料组合，例如以下材料的层(未示出)：合成聚合物、纤维素绒毛浆、纤维素或合成聚合物纤维的非织造网、双组分纤维、纤维素纸浆的网(例如气流成网或湿法成网纸浆)、高韧性纤维的网或织物、疏水材料、高性能纤维(例如耐温材料或阻燃材料)、赋予最终产品以改变的机械性能的层(例如聚丙烯或聚酯层)、可生物降解的材料(例如来自聚乳酸的薄膜、纤维或纤维网)和/或高松散材料。
还可以组合纤维素纤维非织造织物102的几个可区分的层，参见例如图7。
纤维素纤维非织造织物102可基本上仅由纤维素组成。或者，纤维素纤维非织造织物102可包含纤维素和一种或多种其他纤维材料的混合物。此外，纤维素纤维非织造织物102可包含双组分纤维材料。纤维素纤维非织造织物102中的纤维材料可以至少部分地包含改性物质。改性物质可选自，例如聚合物树脂、无机树脂、无机颜料、抗菌产品、纳米颗粒、洗剂、阻燃产品、改善吸收性的添加剂(例如超吸收性树脂)、离子-交换树脂、碳化合物(例如活性炭、石墨、导电碳)、X射线对比物质、发光颜料和染料。
总之，直接由莱赛尔纺丝溶液104制造的纤维素非织造网或纤维素纤维非织造织物102使得能够获得通过短纤维路线不可能获得的增值的网性能。这包括可形成均匀轻质网，以制造微纤维产品以及可制造形成纤维网的连续长丝或纤维108。而且，与由短纤维制造的网相比，不再需要几种制造工序。此外，根据本发明示例性实施方案的纤维素纤维非织造织物102是可生物降解的并且由可持续获得的原料(即木浆110等)制成。此外，它在纯度和吸收性方面具有优势。除此之外，它还具有可调节的机械强度、刚性和柔软度。此外，根据本发明示例性实施方案的纤维素纤维非织造织物102可以以低的单位面积重量(例如10-30g/m2)制造。使用该技术可以制造直径不大于5μm、特别是不大于3μm的非常细的长丝。此外，根据本发明示例性实施方案的纤维素纤维非织造织物102可以以广泛的网美学并例如以平坦的薄膜状方式、纸状方式或柔软的柔性织物状方式形成。通过调整所述方法的工艺参数，还可以精确地调节纤维素纤维非织造织物102的刚性和机械硬度或柔韧性和柔软性。这可以通过例如调节融合位置的数量、层的数量、或通过后处理(例如针刺、水力缠结和/或轧光)来调节。特别地，可以制造具有低至10g/m2以下的相对低的基重的纤维素纤维非织造织物102，可以获得具有非常小的直径(例如低至3-5μm以下)的长丝或纤维108等。
图2、图3和图4显示了根据本发明示例性实施方案的纤维素纤维非织造织物102的实验捕获图像，其中通过相应的工艺控制实现了单根纤维108间的融合。图2至图4中的椭圆形标记示出了这样的融合区域，其中多根纤维108彼此连接成一体。在这样的融合点处，两根或多根纤维108可以互连以形成整体结构。
图5和图6显示了根据本发明示例性实施方案的纤维素纤维非织造织物102的实验捕获图像，其中已完成纤维108的溶胀，其中图5显示处于干燥非溶胀状态的纤维织物102，图6显示处于湿润溶胀状态的纤维织物102。可以测量在图5和图6的两种状态下的孔径，并且可以彼此比较。当计算30次测量结果的平均值时，可以确定通过水性介质中纤维108的溶胀，孔径减小高达其初始直径的47％。
图7显示了根据本发明示例性实施方案的纤维素纤维非织造织物102的实验捕获图像，其中通过相应的工艺设计，即多个喷丝头的串联排列，完成了纤维108的两个叠置层200、202的形成。两个单独的但连接的层200、202由图7中的水平线表示。例如，n层织物102(n≥2)可以通过沿机器方向串联排列n个喷丝头或喷射器122来制造。
下面将更详细地描述本发明的具体示例性实施方案：
图8示出了根据本发明的示例性实施方案的纤维素纤维非织造织物102的纤维108的示意图。所示的纤维108具有纤维粗细d和D>d不同的部分。更具体地，图8的实施方案提供了直接由莱赛尔纺丝溶液104制造的纤维素纤维非织造织物102，其中，织物102包括纤维108，其纤维直径与最小直径d相差几个100％。因此，图8中显示了纤维内的粗细变化。
图9示出了根据本发明的另一个示例性实施方案的纤维素纤维非织造织物102的互连纤维108的示意图。根据图9，所示的三根不同的纤维108具有不同的纤维粗细d和D>d。根据图9，不同的纤维108在纤维直径方面与最小直径d相差几个100％。特别地，比率D:d可以显著地大于1.5。因此，除了各纤维108的纤维内粗细变化之外，图8中还存在不同纤维108之间的纤维间粗细变化。
图10示出了根据本发明的又一个示例性实施方案的纤维素纤维非织造织物102的纤维108的示意图，其中所示的两根纤维108沿着融合线(参见附图标记204)互连成一体以形成高级纤维结构206。图10还包括高级纤维结构206的剖视图，其示出了高级纤维结构206是由两根纤维108在附图标记204处连接成一体而形成的。因此，上述两根纤维108并行排列以形成高级纤维结构206，该高级纤维结构206的直径大于图10下部中的单独的第三纤维108的直径。
图11示出了根据本发明的又一个示例性实施方案的纤维素纤维非织造织物102的示意性截面图，该纤维素纤维非织造织物102由具有不同纤维粗细d和D>d的相互连接的纤维108的两个堆叠的和融合的层200、202组成(参见图11下方的两个细节图)。更具体地，位于不同层200、202中的不同纤维108的平均纤维直径(即，层200、202各自的纤维108的平均值)不同。还示出了层200、202之间的界面的进一步细节，其中融合点204是可见的，其在界面处连接成一体的两个层200、202的纤维108，以增加织物102在界面处的稳定性(参见图11上方的细节图)。此外，位于不同层200、202中的不同纤维108在至少一个相应的融合位置204处连接成一体。位于不同的层200、202中并且形成有不同的平均直径的纤维108可以具有不同的功能。这些不同的功能可以由不同的平均直径支持，但是也可以通过相应的涂层等进一步促进。这些不同的功能可以为例如在以下方面的不同行为：芯吸、各向异性行为、不同的吸油能力、不同的吸水能力、不同的清洁能力和/或不同的粗糙度。
图12示出了根据本发明示例性实施方案的用于制造纤维素纤维非织造织物102的装置100的一部分，该纤维素纤维非织造织物102由连续的纤维素纤维108的两个堆叠层200、202组成。如上所述，图12中所示的装置100与图1中所示的装置100之间的区别在于，图12的装置100包括两个串联排列的喷射器122和分别配置的凝固单元128。鉴于传送带型纤维支撑单元132的可移动纤维容纳表面，图12左侧的上游喷射器122产生层202。层200由下游喷射器122产生(参见图12的右侧)，并被附接到先前形成的层202的上部主表面上，从而获得织物102的两个层200、202。
根据图12，控制单元140(控制喷射器122和凝固单元128)被配置成用于调节工艺参数，使得不同层200、202的纤维108在纤维直径方面与最小直径相差超过50％(参见例如图11)。通过控制单元140调节层200、202的纤维108的纤维直径可以包括调节与莱赛尔纺丝溶液104相互作用的凝固流体106的量。此外，图12的实施方案通过沿着可移动纤维支撑单元132串联布置多个具有孔口126(可选地具有不同特性)的喷射器122来调节用于调节纤维直径的工艺参数。例如，这种不同的特性可以是不同的孔口126直径、不同的气流速度146、不同的气流量146和/或不同的气流146压力。尽管未在图12中示出，但是在纤维支撑单元132上收集纤维108之后，可以通过流体喷射器压缩、针刺和/或浸渍进一步处理纤维108。
仍然参考图12中所示的实施方案，可以提供一个或多个其他喷嘴杆(bar)或喷射器122，并且可以沿着纤维支撑单元132的传送方向连续布置。多个喷射器122可以布置成使得另一个纤维108的层200可以沉积在先前形成的层202的顶部上，优选地在层202和/或层200的纤维108的凝固或固化过程完全完成之前，这可以触发融合。当适当地调整工艺参数时，这可以在多层织物102的性能方面具有有利效果：
一方面，第一沉积层202可以被放置在诸如作为纤维支撑单元132的传送带的输送带上。在这样的实施方案中，纤维支撑单元132可以体现为具有释放装置和空气吸入口(未显示)的有序结构。在纤维108的长丝的统计分布中，这可以具有以下效果：可以在其中不存在气流的区域中发现更高的材料浓度。从机械的观点来看，这种(特别是微观的)材料密度变化可以看作是穿孔，其起着纤维素纤维非织造织物102的均质性的变形(特别是由于其抑制图案的趋势)的作用。在气流或液体流(例如水)穿过纤维素纤维非织造织物102的位置，可在纤维素纤维非织造织物102中形成孔。通过这种流体流(其中流体可以是气体或液体)，可以提高所制造的纤维素纤维非织造织物102的撕裂强度。不希望受特定理论的束缚，目前认为第二层200可以被认为是第一层202的增强，从而补偿了层202的均匀性降低。机械稳定性的这种增加可以是通过纤维直径变化(特别是纤维间直径变化和/或单根纤维108的纤维内纵向直径变化)进一步改善。当施加更深的(尤其是点状的)压力(例如由空气或水提供)时，纤维108的横截面形状可进一步被有意扭曲，这可有利地导致机械稳定性的进一步提高。
另一方面，可以触发根据图12的织物102的纤维108之间的有意融合，以进一步提高织物的机械稳定性。在这种情况下，融合可以是纤维的接触长丝的支撑的接触点粘合，特别是在完成融合的一根或两根纤维108的凝结过程之前。例如，可以通过增加流体流动(例如空气或水的流动)的接触压力来促进融合。通过采取该措施，一方面可以增强层200、202中的一层的和/或另一方面层200、202之间的长丝或纤维108之间凝固强度。
根据图12的装置100，其被配置成用于制造多层织物102，执行了大量的工艺参数，这些参数可用于设计纤维108以及纤维层200、202的形状和/或直径或直径分布，这是多个喷射器122串联布置的结果，每个喷射器122可以用可单独调节的工艺参数操作。
利用根据图12的装置100，尤其可以制造由至少两个层200、202(优选多于两层)组成的织物102。不同层200、202的纤维108可以具有不同的平均直径值，并且可以在一个连续过程中形成。通过采取这种措施，可以确保纤维素纤维非织造织物102的高效生产，这尤其允许以一种运输程序将获得的多层织物102转移至目的地以进行进一步处理。
通过多层织物102的限定的层分离，也可以稍后将多层织物102分离成不同的单独层200、202或分成不同的多层部分。根据本发明的示例性实施方案，一层200、202的纤维108的层内粘合以及相邻层200、202之间的纤维108的层间粘合(例如通过融合和/或通过摩擦产生接触)可以适当地和单独地调节。特别地，当调节工艺参数使得在纤维108的另一层200放置在层202的顶部时一个层202的纤维108的凝固或固化已经完成时，可以获得对于每个层200、202的相应的单独控制。
图13和图14示出了根据本发明示例性实施方案的纤维素纤维非织造织物102的实验捕获图像，其中，不同纤维108在不同纤维部分中具有显著不同的直径。图13的实施方案示出了具有高毛细抽吸能力的紧密的网或织物102。图14的实施方案示出了织物102的纤维108的直径/纤度和形状的不同变化。这涉及缠绕、同一根纤维108内的粗细变化、不同的纤维直径以及凝固的平行纤维108。
图15示出了根据本发明另一示例性实施方案的纤维素纤维非织造织物102的示意图，该纤维素纤维非织造织物102由具有不同直径的纤维108的三个堆叠层202、200、200组成。根据图15，中间夹层200比其上和其下的两个外层200、202具有显著更小的纤维108的直径。
图15所示的多层织物102特别适用于诸如医疗器械、农业纺织品等的应用。例如，活性物质可以存储在显示出高的毛细作用的内层200中。可以根据刚性和表面触觉来设计外层200、202。这对于清洁和医疗应用是有利的。对于农业应用，可以根据蒸发特性和/或根部穿透性来具体配置纤维层设计。
在另一应用中，图15所示的多层织物102可以用作面膜等，其中中央层200可以具有特别明显的流体保持能力。覆盖层200、202可以被构造成用于调节流体释放特性。各个层200、200、202的纤维108的直径可以用作用于调节这些功能的设计参数。
根据示例性实施方案，纤维素纤维非织造织物102中的纤维直径变化在制造过程中被调节，并且可以用于根据功能设定期望的产品性能。特别地，由于调节的纤维直径变化而导致的这种功能可用于改善所制造的纤维素纤维非织造织物102的机械坚固性。非常有利地，显示出直径变化的纤维素纤维非织造织物102的纤维108可以是连续的纤维108。
由于所描述的制造工艺，还可能获得具有极低浓度的重金属杂质(特别是涉及铜和镍)的纤维素纤维非织造织物102中的纤维直径变化。例如，已知镍会引起使用者过敏反应。当将重金属杂质(尤其是镍)的浓度保持在非常低时，可以大大降低此类风险。这些低浓度的重金属杂质是基于莱赛尔纺丝溶液104及其成分形成织物102的结果。因此，可以获得具有非常低浓度的杂质的高纯度纤维素纤维网络。因此，通过根据莱赛尔制造体系的所述长丝生产，在容易制造的织物102中不存在与过程相关的大量重金属。这对于实现与后处理要求的兼容性特别有利，并且在易于制造的织物102与人类和/或自然生物体接触时特别有利。
对于根据本发明的示例性实施方案的具有显著的纤维直径变化的纤维素纤维非织造织物102，对于给定的克重(即，片状织物102的单位面积重量)，可以获得更高的机械稳定性，或者在相同的机械稳定性下可以获得减少的克重。
通过如上所述的纤维素纤维非织造织物102的制造方法，纤维形成单元124可以使用喷嘴杆(参见喷射器122)来形成长丝或纤维108。然后，这些长丝或纤维108在气流146的影响下被拉伸，即变长且变细，并被放置在诸如纤维支撑单元132之类的输送装置上。然后，通过在拉伸纤维108或其(例如仍未固化或尚未完全凝固的)预成型体的过程中施加的空气湍流或涡流可促进长丝纤维108和长丝纤维108之间的融合点的形成。附加地或替代地，当将各种纤维108或其预成型体放到纤维支撑单元132上时，也可以在它们之间形成融合点。在该拉伸过程中，所产生的长丝喷射器具有较大的随机受控可变性。在这样的过程中，鉴于大量的单根纤维108的长丝，可能的平行的空气和水流的自组织特性可能会有问题。由于机械干扰可能会产生不希望的图案，这可能是由于在层流和湍流之间的过渡区域的空气流动造成的，其可以通过相应地调节工艺参数触发所制造的纤维素纤维非织造织物102的明显的纤维直径变化来抑制或甚至消除该不希望的图案。在这种情况下，仅略微修改纤维108的单根长丝就足够了。通过采取这种措施，可能有意扭曲明显的自组织所需的详细参数的协调性，并且可以增加所得长丝直径分布的随机性。结果是具有高机械稳定性的纤维素纤维非织造织物102。
在一个实施方案中，纤维素纤维非织造织物102的纤维108的纤度可能由于大量显著的纤维直径差异而有意地扭曲。例如，非常细的纤维108可以允许在相邻的纤维108之间实现适当的毛细作用。与较粗的纤维108的混合可以导致增加的刚度、粗糙度和/或硬度。
根据本发明的示例性实施方案的不同纤度的组合可以通过连续纤维108沿着一根相应的纤维108的长度的粗细变化来实现(例如，在纤维形成期间通过拉伸气流146引起的周期性压力和/或速度变化)。另一方面，这也可以通过使用喷嘴的孔口126的不同直径形成具有不同纤维粗细的纤维来实现。形成具有直径明显变化的纤维108的另一种可能是调整具有不同纤度的层200、202的凝固过程。本发明的又一个示例性实施方案通过平行排列的纤维108的凝固形成具有纤维直径变化的纤维108，所述平行排列的纤维108结合或融合以形成沿着长方形的融合线连接的较粗的高级纤维结构206。
特别是在致密的纤维素纤维非织造织物102的情况下，沿着单根连续纤维108的直径变化通过以下效果有助于整个织物102的更高的稳定性，即，在有拉力的情况下，即使相对较小的附着力也可作为粗细变化的弹性缓冲。
根据本发明的示例性实施方案，纤维直径的变化也可以用于影响或调节芯吸速度(即，液体进入织物的速度)。描述性地说，非常细的纤维将以与较粗纤维的不同的方式对进入的流体作出反应。
通过沿着纤维108的大的延伸部的纤维直径变化，可以在织物102中获得期望的基于摩擦的夹持效果。这可以导致自抑制效果(以与锥形工具接收的情况类似的方式)。如果直径分布与恒定直径相比偏差较小，则可能已经获得了这种效果。由此形成的锥体可以与另一种纤维一起形成抑制系统(例如，在锥体几何形状上的锥体或在圆柱几何形状上的锥体)。也可以通过一根纤维108绕另一根纤维108的任意缠绕来产生另一种夹持效果。当一根纤维108穿过另一根纤维108的钩环(bail)的通孔时，特别是当上述第一根纤维108具有沿其长度变化的直径时是有利的。在这种情况下，尽管初始弹性较高，但仍获得了进一步的增强。这也对织物102的整体刚度具有积极影响。
用于触发纤维直径变化的所述措施和/或其他措施可以被单独或可以被组合地实施。例如，可以调节纤维直径的变化范围在1:1.1和1:1000之间。这允许组合许多不同的直径。
通过使用由纤维素制成的连续纤维108，还促进了根据本发明示例性实施方案的织物102的高机械稳定性，因为连续纤维108(与典型长度为38mm的短纤维相比)本质上涉及较少数量的干扰跃迁，使得单根连续纤维108已经具有较高的机械稳定性。通过提供从莱赛尔结构获得的纤维素纤维108，可以由高纯度纤维108形成织物102，所述高纯度纤维108例如对于每种单独的化学元素可以具有小于10ppm的与方法相关的重金属含量。这可以防止纤维108的机械弱化，因为这种高的纯度抑制了纤维108中包含污染物或杂质的趋势。
载体格栅、载体网或其他类型的载体结构的设计可以允许以这样的方式进一步改善对形成的织物102的机械稳定性的控制，使得作为水诱导融合的结果，可以获得类似于仿生结构的力传递和力平衡结构。这种类型的结构能够承受比常规纤维素织物大得多的力。
多层织物102中的不同层厚度和/或纤维素纤维非织造织物102内的纤维直径变化也可以允许获得机械阻尼效果和/或对容易制造的纤维素纤维非织造织物102呈现出的总体弹性的调节。例如，这对于用作包装以机械地保护被包装的商品的织物102的应用是有利的。
对于需要触觉特性的应用，可以将织物102的特定基本特性(例如特定的液体处理)与触觉适应的(特别是柔软的)覆盖层结合。特别地，纤维直径变化的机会允许组合根据本发明的示例性实施方案的纤维素纤维非织造织物102的不同功能特性(例如溶胀能力、亲水性质、亲油性质、芯吸作用、液体保留性质)。
在实验分析中，通过小于70μm，特别是在3μm-30μm范围内的纤维直径，在机械增强方面取得了非常好的结果。
在分析和制造具有纤维直径变化的纤维素纤维非织造织物102时，已经证明，该概念允许显著改善清洁能力(这对于清洁片材或擦拭巾可能是有利的)。此外，织物102可以被放置在更光滑且具有更好的接触的表面(其可以包括非平面特征，例如特别是褶皱、倒圆)上(这对于诸如面罩的应用可能是有利的)。此外，可以精确地控制织物102的光滑度。除此之外，可以在织物102上精确地形成接收区或固体颗粒。
事实证明，与纤维粗细分布的数量有关，为了防止在生产过程中通过连续的纤维108的自组织效应形成图案，50％的适度的纤维直径变化(即最大直径除以最小直径乘以100％减去100％)就足够了。当从莱赛尔纺丝溶液104中产生连续的纤维108时，或者通过以层流和湍流之间的过渡区域中的变化进行喷射，可以非常容易地制造出直径略有不同的这样小的直径变化。
在另一个实施方案中，可以在同一个纤维素纤维非织造织物102中产生不同的功能。这种不同的功能也可以通过纤维直径变化来获得。例如，可以在生产过程中适当组合不同直径的纤维108：
在第一变型中，可以在一个体积元件内提供适量的足够粗的长丝或纤维108，以便可以获得期望的机械强度。另外，较细的长丝或纤维108可被实现为同一体积元件中的细网状基质，其例如可在提供特定功能(例如，杂质保留)方面进行适配。例如，可以通过调节纤维直径、网络形成程度、融合点的数量等，将细网状基质构造成提供所需的功能。例如，当刚性很重要时，以及期望可以由较细的纤维108提供的附加功能时，这种自上而下的设计可以是有利的。
在第二变型中，可以在一个体积元件内提供一定数量的细纤维108，从而满足最终产品的清洁、保留、包埋和/或过滤要求。然后可以通过补充较粗的纤维108来提供剩余的期望的机械稳定性，从而可以满足期望的最小机械负荷要求。当不应超过某些标准(例如，每个织物区域的最大孔数)时，这种自下而上的设计可能是有利的。
如上所述，在本发明的示例性实施方案中，不同直径或直径分布的纤维108可以通过融合而相互连接。
在另一个实施方案中，当使用连续的纤维108时(与短纤维相反)，可以实现基本性能的改善的混合或增强。其原因是，这样的结构使得在机械稳定性方面具有高贡献的粗的静态纤维部分可以转变成较细的纤维部分。通过将纤维108固定在一个或多个融合点处，一个或多个融合点可以限定第一失效(the first fail)的位置。当从粗到细转变的纤维的数量增加时，反之亦然，细纤维108的坚固性也提高了。
在另一个实施方案中，可以通过凝固平行纤维108来制造纤维直径变化。在这样的实施方案中，可以获得非常高的融合度，使得高度的直径变化是可能的。令人惊讶地发现，通过采取这种措施，可以获得高的光滑度值，另一方面，可以实现非常低的可见绒毛值。不希望受特定理论的束缚，目前认为纤维素纤维非织造织物102中大量的细纤维108导致总体高的光滑度而没有明显的起毛。
在本发明的另一个示例性实施方案中，获得了具有显著的持油能力的纤维素纤维非织造织物102。这可以通过所描述的较高的均质性和相应可获得的相等的空腔形成来获得。另一方面，通过粗纤维108产生了机械稳定性。这防止了空腔坍塌。因此，非常粗的纤维108与非常细的纤维108的组合允许获得机械坚固的储油毛细管系统。
在本发明的另一个示例性实施方案中，纤维素纤维非织造织物102用于可生物降解的产品。生物降解后，没有粘合剂材料或粘结剂材料残留。特别地，没有大量的重金属形成这种可生物降解产品的一部分。
在本发明的另一个示例性实施方案中，在多层织物102的层200、202之间具有纤维直径变化，可以形成或建立有梯度的流体保留能力和/或流体分配能力。例如，这可以允许适当地设计在女性卫生产品、失禁产品等中实施的导流层(ADL)。这种导流层可以构造成尽可能快地积聚液体并将其运送到后面的层。然后，在后面的层中，流体可以在空间上分布并可以运送到芯层(吸水性核心)。
总之，尤其可以进行以下调整中的一个或多个：
-低的均匀的纤度可以允许获得织物102的高光滑度
-具有小的纤度和相对小的速度的多层织物102可以允许以小的织物密度获得高的织物厚度
-功能化层的相同吸收曲线可以允许获得均匀的湿度和流体容纳行为，以及在流体释放方面的同质行为
-所描述的织物102的层200、202的连接允许设计在层分离时起毛少的产品
-通过分离多层织物102的层200、202，可以精确地调节许多医疗、农业、个人护理功能
-还可以使单层200、202不同地功能化，从而获得具有各向异性特性的产品(例如用于芯吸、油容纳、水容纳、清洁性、粗糙度)。
最后，应该注意的是，上述实施方案说明而不是限制本发明，并且在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围内，本领域技术人员将能够设计许多替代实施方案。在权利要求中，括号中的任何附图标记不应被解释为限制权利要求。词语“包括”和最后，应该注意的是，上述实施方案说明而不是限制本发明，并且在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围内，本领域技术人员将能够设计许多替代实施方案。在权利要求中，括号中的任何附图标记不应被解释为限制权利要求。词语“包括”和“包含”等不排除除了在任何权利要求或说明书中作为整体列出的元件或步骤之外的元件或步骤的存在。要素的单数引用不排除这些要素的复数引用，反之亦然。在列举了若干设备的装置权利要求中，这些设备中的若干个可以由同一个软件或硬件项来体现。在相互不同的从属权利要求中陈述某些措施的仅有事实并不表示这些措施的组合不能用于获益。
等不排除除了在任何权利要求或说明书中作为整体列出的元件或步骤之外的元件或步骤的存在。要素的单数引用不排除这些要素的复数引用，反之亦然。在列举了若干设备的装置权利要求中，这些设备中的若干个可以由同一个软件或硬件项来体现。在相互不同的从属权利要求中陈述某些措施的仅有事实并不表示这些措施的组合不能用于获益。
在下文中，描述了用于产生融合系数的变化的实例并且如下表中所示。纤维素纤维织物中的不同融合系数可以通过改变凝固喷雾流量，同时使用恒定的纺丝溶液(即具有恒定稠度的纺丝溶液，特别是莱赛尔纺丝溶液)以及恒定的气体流量(例如空气流量)来实现。由此，可以观察到凝固喷雾流量和融合系数之间的关系，即融合行为的趋势(凝固喷雾流量越高，融合系数越低)。MD在此表示机器方向，CD表示横向。
柔软性(由已知的Specific Hand测量技术描述，在非织造标准WSP90.3的基础上用所谓的“Handle-O-Meter”测量，特别是在本专利申请优先权时有效的最新版本)可以遵循上述融合趋势。韧性(用Fmax描述)(例如根据EN29073-3(对应于ISO9073-3)，特别是在本专利申请的优先权日有效的最新版本)也可以遵循所述的融合趋势。因此，可以根据融合程度(由融合系数明确说明)调节所得纤维素纤维非织造织物的柔软度和韧性。
